DE102018105460A1

DE102018105460A1 - Computertomographiesystem sowie computertomographisches Verfahren

Info

Publication number: DE102018105460A1
Application number: DE102018105460.2A
Authority: DE
Inventors: Klaus Bavendiek
Original assignee: Yxlon International GmbH
Current assignee: Yxlon International GmbH
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2019-09-12
Also published as: WO2019170312A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Computertomographiesystem, insbesondere zur Materialanalyse, mit einer Röntgenquelle (1), die konfiguriert ist einen Röntgenstrahl (5) zu emittieren, einem Manipulator (2) der konfiguriert ist ein Prüfobjekt (5) zu halten, einem Detektor (3) der konfiguriert ist einen durch das Prüfobjekt (5) transmittierten Röntgenstrahl (4) zu detektieren, einer Steuereinrichtung (12), welche das Computertomographiesystem derart steuert dass die Röntgenquelle (1) in einer Schraubenbewegung relativ zu einem auf dem Manipulator (2) gehaltenem Prüfobjekt (5) verschiebbar ist, und mit einer Auswerteeinrichtung (11), welche aus den von dem Detektor (3) detektierten Röntgenstrahlen (4) Daten für ein Tomographiebild generiert. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Computertomographiesystem anzugeben, bei welchem die Gefahr von Artefakten reduziert ist und das einfacher kalibriert werden kann. Das Computertomographiesystem zeichnet sich dadurch aus, dass der Detektor (3) zumindest während der Messung ortsfest angeordnet ist, und die Röntgenquelle (1) parallel zu dem Detektor (3) translatorisch bewegbar vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Computertomographiesystem und ein entsprechendes computertomographisches Verfahren.
Ein Computertomographiesystem ist im Stand der Technik beispielsweise aus der WO 2015/058855 A1 bekannt. In dieser wird beispielsweise ein System beschrieben mit einer Röntgenquelle, einem Manipulator und einem Detektor. Die Röntgenquelle emittiert einen Röntgenstrahl bzw. einen Röntgenfächerstrahl. Dieser Strahl durchleuchtet ein Prüfobjekt, welches auf dem Manipulator gehalten ist. Der transmittierte Strahl wird in einem Detektor detektiert. Aus dem detektierten Signal wird mittels Bildverarbeitung ein computertomographisches Bild rekonstruiert.
Insbesondere betrifft dieses Computertomographiesystem ein industrielles Computertomographiesystem zur Materialprüfung.
Beispiele von verschiedenen Systemen aus dem Stand der Technik sind in 1 und 2 wiedergegeben. Das in 2 wiedergegebene System bildet den Oberbegriff von Anspruch 1.
In diesen Figuren ist mit Bezugszeichen 1 eine Röntgenquelle beschrieben, mittels welcher ein Röntgenstrahl 4, der in den Beispielen einen aufgeweiteten Konus bildet, erzeugt wird. Mittels dieses Röntgenstrahls 4 wird ein Prüfobjekt 5, 5', welches in dem vorliegenden Beispiel ein Motorblock ist, durchleuchtet. Der Motorblock selbst ist auf einem Manipulator 2 gehalten und kann auf diesem rotiert werden.
Während der Rotation des Prüfobjekts 5, 5' werden in dem Detektor 3, der vorliegend nach Art eines Flächendetektors ausgebildet ist, die transmittierten Röntgenstrahlen detektiert. Aus den Daten werden dann ein dreidimensionales Bild und/oder Schnittbilder des Motorblocks generiert.
In 1 ist ein relativ kleiner Motorblock dargestellt und somit können die Röntgenquelle 1 und der Detektor 3 zumindest während der Messung feststehen und es kann trotzdem der gesamte Motorblock abgebildet werden.
Dies ist bei der in 2 dargestellten Situation nicht der Fall, denn der Motorblock, der vorliegend einem Achtzylindermotorblock entspricht, ist zu groß und muss daher relativ zu der Röntgenquelle 1 und dem Detektor 3 bewegt werden.
Insbesondere werden hierbei während der Manipulator 2 das Prüfobjekt 5' rotiert, die Röntgenquelle 1 und der Detektor 3 in vertikaler Richtung und parallel zueinander im Verhältnis zum Prüfobjekt 5' auf und ab bewegt, um so ein CT-Bild des großen Motorblocks zu erhalten.
Dieses Verfahren wird als HeliExtended-Verfahren bezeichnet. Mit schrittweiser Rotation des Prüfobjekts 5 und schrittweiser vertikaler Manipulation der Röntgenquelle 1 und des Detektors 3 können so alle Informationen für genaue 3D-Volumen von Prüfobjekten erhalten werden.
Aufgrund von Vibrationen und/oder Temperaturänderungen treten bei dem so genannten HeliExtended-Verfahren manchmal Artefakte auf.
Ausgehend von diesem Problem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Computertomographiesystem anzugeben, bei welchem die Gefahr von Artefakten reduziert ist und das einfacher kalibriert werden kann.
Dieses Problem wird mit dem Computertomographiesystem von Anspruch 1 gelöst.
Das Computertomographiesystem weist eine Röntgenquelle auf, einen Manipulator und einen Detektor.
Die Röntgenquelle ist konfiguriert einen Röntgenstrahl zu emittieren, der Manipulator ist konfiguriert ein Prüfobjekt zu halten und der Detektor ist konfiguriert ein durch das Prüfobjekt transmittierten Röntgenstrahl zu detektieren.
Des Weiteren weist das erfindungsgemäße Computertomographiesystem eine Steuereinrichtung auf, welche das Computertomographiesystem derart steuert, dass die Röntgenquelle in einer Schraubenbewegung relativ zu einem auf dem Manipulator gehaltenen Prüfobjekt verschiebbar ist.
Darüber hinaus weist das Computertomographiesystem eine Auswerteeinrichtung auf, welche aus den von dem Detektor detektierten Röntgenstrahlen Daten für eine Computertomographie generiert.
Die Steuereinrichtung und die Auswerteeinrichtung können in einem einzigen Computersystem, wie z. B. einem PC enthalten sein. Die Steuereinrichtung und die Auswerteeinrichtung können auch auf derselben Platine oder als ein einziger Prozessor vorgesehen sein.
Bei der vorliegenden Erfindung ist der Detektor zumindest während der Messung ortsfest angeordnet und die Röntgenquelle ist parallel zu dem Detektor translatorisch bewegbar angeordnet.
Es ist demnach vorgesehen, dass der Detektor zumindest während der Messung ortsfest angeordnet ist. Dies schließt eine Bewegung des Detektors im Rahmen der Justierung vor oder nach Messung oder bei Aufbau des Computertomographiesystems nicht aus. Eine solche ortsfeste Anordnung des Detektors schließt eine translationsfeste Anordnung mit ein, die im Wesentlichen eine Beweglichkeit in vertikaler Richtung und/oder horizontaler Richtung des Systems ausschließt. Darüber hinaus schließt eine solche ortsfeste Anordnung des Detektors auch eine rotatorische Beweglichkeit aus.
Eine solche ortsfeste Anordnung des Detektors, so dass dieser während einer computertomographischen Messung nicht bewegt wird, hat den Vorteil, dass die Anzahl der Teile, die sich während der computertomographischen Untersuchung bewegen, reduziert wird. Zudem kann das Auftreten von Artefakten unterdrückt werden.
Durch unvermeidbare Ungleichförmigkeiten der Detektorpixel können im Stand der Technik Artefakte entstehen. Wird der Detektor in Relation zum Brennfleck nicht bewegt, resultieren diese Ungleichförmigkeiten in Ringartefakten. Dadurch, dass es durch die Erfindung (durch die Bewegung der Röntgenquelle in Relation zum Detektor) zu einer Bewegung (Verschiebung) zwischen Brennfleck und Detektor kommt, werden diese Ungleichförmigkeiten über große Flächen verschmiert und sind daher im 3D Bild nicht mehr zu sehen.
Es kann auch günstig sein, dass der Manipulator, auf dem beispielsweise das Prüfobjekt gehalten wird, zumindest während der Messung translationsfest angeordnet ist.
Eine solche translationsfeste Anordnung kann im Wesentlichen eine Beweglichkeit in vertikaler Richtung und/oder horizontaler Richtung des Systems ausschließen. Dies schließt jedoch keine rotatorische Beweglichkeit aus.
Zum Generieren der computertomographischen Daten, während der Detektion von Röntgenstrahlung findet eine Relativbewegung zwischen der Röntgenquelle und dem Prüfobjekt nach Art einer Schraubenbewegung statt. Wenn der Manipulator zumindest während der Messung translationsfest angeordnet ist, wird diese Schraubenbewegung z. B. durch eine vertikale Bewegung der Röntgenquelle und einer dieser überlagerten rotatorischen Bewegung des Manipulators generiert.
Durch die translationsfeste Anordnung des Manipulators während der Messung kann die Anzahl der während der Messung bewegten Komponenten noch weiter reduziert werden.
Es ist günstig, dass der Detektor ein zweidimensionales Array aus einzelnen Detektorelementen aufweist, mittels welchem die Röntgenstrahlen detektiert werden. Ein solcher Detektor ist z. B. ein Flächendetektor, in dem die einzelnen Detektorelemente nach Art eines regelmäßigen Gitters angeordnet sind. Diese Detektorelemente können auch als Pixel bezeichnet werden. Diese Pixel können von der Steuereinrichtung angesteuert werden bzw. können von der der Auswerteeinrichtung die in den einzelnen Pixeln aufgenommenen Daten selektiv ausgewertet werden.
Es kann günstig sein, dass die Auswerteeinrichtung derart konfiguriert ist, dass in Abhängigkeit der Position der Röntgenquelle während der Messung, in welcher diese parallel zu dem Detektor translatorisch bewegt wird, nur die Daten eines der jeweiligen Position der Röntgenquelle entsprechenden Bereichs ausgewertet werden. Die translatorische Bewegung der Röntgenquelle ist z. B. eine vertikale Bewegung parallel zu dem Detektor, wobei der Abstand von dem Detektor konstant gehalten wird. Während die Röntgenquelle in vertikaler Richtung hoch- bzw. herunterbewegt wird, werden die Daten in einem entsprechenden korrespondierenden Bereich des Detektors ausgewertet.
In diesem Fall kann es sein, dass der gesamte Detektor bzw. alle Detektorelemente in dem zweidimensionalen Array Daten aufnehmen, also aktiv bzw. angeschaltet sind, jedoch nur zur Bildverarbeitung die Daten verwendet werden, die einer entsprechenden vertikalen Position in dem Detektorarray entsprechen.
Alternativ oder zusätzlich kann es auch sein, dass in Abhängigkeit der Position der Röntgenquelle während der Messung, in welcher diese translatorisch parallel zu dem Detektor bewegt wird, nur die Detektorelemente eines der jeweiligen Positionen der Röntgenquelle entsprechenden Bereichs aktiviert werden bzw. angeschaltet werden. Die Aktivierung nur eines Bereichs in dem zweidimensionalen Array wird z. B. über die Steuereinrichtung des Computertomographiesystems gewährleistet.
Diese Steuereinrichtung kann dieselbe Steuereinrichtung sein welche auch den Manipulator steuert oder als separate weitere Steuereinrichtung vorgesehen sein. Im einfachsten Fall, ist die gesamte Steuerfunktionalität und oder Auswertefunktionalität des Systems in einem Computerprogramm vorgesehen, welches aus einem PC gespeichert werden kann. So kann z.B. ein an sich bekanntes System auf das erfindungsgemäße System umgebaut werden, indem die entsprechende Software aufgespielt wird. Mittels dieser Software kann auch dafür gesorgt werden, dass der Detektor, zumindest während der Messung ortsfest ist und sich die Röntgenquelle relativ zu dem Prüfobjekt bewegt. Diese Software bzw. dieses Computerprogrammprodukt kann auch für sich die vorliegende Erfindung bilden.
In dem Fall, dass nur der entsprechende Bereich des Detektors aktiviert ist, sind demnach die anderen Detektorelemente in dem zweidimensionalen Array nicht in den Detektionsmodus geschaltet.
Es kann günstig sein, dass der der jeweiligen Position der Röntgenquelle entsprechende Bereich im Wesentlichen der Röntgenquelle derart gegenüberliegt, dass die Röntgenquelle das Prüfobjekt und der der Röntgenquelle entsprechende Bereich auf einer Linie liegt.
Somit liegt der der jeweiligen Position der Röntgenquelle entsprechende Bereich in horizontaler Richtung der Röntgenquelle im Wesentlichen gegenüber, so dass das Prüfobjekt auf einer Verbindungslinie zwischen der Röntgenquelle und dem der jeweiligen Position der Röntgenquelle entsprechenden Bereich vorgesehen ist.
Dadurch, dass nur einzelne Bereiche des Detektors ausgewertet bzw. angesteuert werden, wird eine Beweglichkeit des Detektors synthetisch mittels einer Software gewährleistet, wobei der Detektor selbst physikalisch ortsfest vorgesehen ist.
Durch diese einfache Lösung kann ein sehr genaues artefaktfreies bzw. reduziertes computertomographisches Bild erhalten werden.
Es kann vorteilhaft sein, dass der Detektor in Translationsrichtung der Röntgenquelle länglich ausgebildet ist. Die Translationsrichtung ist z. B. die vertikale Richtung des Computertomographiesystems. Das heißt, der Detektor kann eine längliche Ausgestaltung haben und in dem Computertomographiesystem in vertikaler Richtung ausgerichtet sein.
Diese längliche Ausgestaltung ist deshalb günstig, weil mittels des HeliExtended-Verfahrens computertomographisch zu untersuchende Prüfobjekte z.B. in vertikaler Richtung durch das System bewegt werden. Demnach ist es günstig, den Detektor in vertikaler Richtung besonders groß auszubilden. Durch diesen großen Detektor, insbesondere mit einer langen Längsausrichtung, werden eben besonders viele Daten aufgenommen, was zu einer erhöhten Leistungsfähigkeit des Systems führt.
Es kann vorteilhaft sein, dass der Detektor eine aktive Fläche von zwischen 400 cm² und 2025 cm² aufweist, bei einem quadratischen Detektor entspricht diese Fläche einer Kantenlänge des aktiven Bereiches von zwischen 20 und 45 cm. Soweit der Detektor nicht quadratisch ist, sondern z.B. rechteckig, kann die Kantenlänge der jeweiligen Kanten jeglichen beliebigen Zwischenwert der zuvor genannten Werte annehmen.
Vorteilhafte Flächenbereiche sind folgende 600 cm², 1250 cm², 1800 cm². Diese Werte können für sich jeweils obere und untere Grenzen von bevorzugten Bereichen bilden. Vorteilhafte Kantenlängen sind folgende 25 cm, 28 cm, 30 cm, 40 cm, 43 cm. Diese Werte können für sich jeweils obere und untere Grenzen von bevorzugten Bereichen bilden.
Prozesstechnisch bedingt gibt es eine natürliche Limitierung einer Detektorgröße, die noch zu vertretbaren Kosten herstellbar ist. Da jedoch auch z. B. die Röntgenquelle, der Manipulator und der Detektor innerhalb eines Gehäuses gehalten werden, in welches auch das Prüfobjekt einsetzbar ist, ist auch die Größe des Detektors limitiert, da das Gehäuse auch eine vertretbare Größe aufweisen sollte.
Es kann vorteilhaft sein, dass der Detektor quadratisch ist. Alternativ kann es auch günstig sein, dass der Detektor rechteckig mit einer längeren Seite und einer kürzeren Seite ausgebildet ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die längere Seite ein Drittel länger ist als die kürzere Seite. So kann z. B. der Detektor eine aktive Fläche von 30 x 40 cm aufweisen. Weitere bevorzugte Kantenlängen und Flächen ergeben sich auch in Verbindung mit den oben genannten Werten der Kanten und Flächen in Kombination mit der Bedingung, dass die längere Seite z.B. ein Drittel länger ist als die kürzere Seite.
Es ist günstig, dass der Detektor auf einer Basis gehalten ist, die aus einem thermisch isolierenden Material hergestellt ist und einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. So kann z. B. eine solche Basis aus Granit oder einem anderen Stein gebildet werden. Granit bzw. Stein ist zudem darüber hinaus schwer und dämpft Vibrationen des Sensors.
Gemäß einem nebengeordneten Aspekt der Erfindung schlägt diese darüber hinaus ein computertomographisches Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 12 vor. Die vorgenannten vorrichtungsmäßigen Aspekte können entsprechend in jeder beliebigen Kombination auch als verfahrensmäßigen Aspekte in diesem computertomographischen Verfahren bereitgestellt werden.
Darüber hinaus wird ein Computerprogrammprodukt angegeben mit den Merkmalen von Anspruch 14.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:

1 eine erste Ausgestaltung eines Computertomographiesystem aus dem Stand der Technik, wobei die Röntgenquelle und der Detektor während der Messung ortsfest angeordnet sind,
2 eine Ausgestaltung aus dem Stand der Technik, die nach Art des so genannten HeliExtended-Verfahren arbeitet, wobei die Röntgenquelle und der Detektor in vertikaler Richtung während der Messung bewegt werden.
3a und b eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei der Detektor während der Messung ortsfest angeordnet ist und die Röntgenquelle vertikal bewegt wird,
4 eine Aufsicht auf den Detektor eines Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verlängerung der Röntgenquelle gesehen,
5 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Computertomographiesystems,
6 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Detektors,
7a ein Beispiel eines Computertomographiesystems,
7b eine Darstellung der Messkammer des in 7a dargestellten Systems, sowie
8 ein Beispiel in dem dargestellt wird, dass nacheinander einzelne Bereiche des Sensors ausgelesen bzw. aktiv geschaltet werden.

Die in 1 und 2 gezeigten Computertomographiesysteme aus dem Stand der Technik sind bereits in der Beschreibungseinleitung diskutiert worden.
In 3a und 3b ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Computertomographiesystems wiedergegeben.
Die Röntgenquelle 1 ist in vertikaler Richtung während der Messung beweglich angeordnet, was durch den Pfeil auf der linken Seite in 3a, b verdeutlicht wird. Der Manipulator 2 ist, wie durch den entsprechenden Pfeil in 3a, b verdeutlicht wird, rotierbar angeordnet, so dass das Prüfobjekt 5 sich um seine eigene Achse drehen kann.
Der Manipulator 2 weist einen Teller 6 und einen Arm 7 auf. Auf diesem Teller 6 ist das Prüfobjekt 5 abgelegt. Dieses Prüfobjekt 5 kann beispielsweise der in 1 und 2 dargestellte Motorblock sein oder auch jedes andere Prüfobjekt.
Zwar beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computertomographiesystem zur Materialanalyse, die beschriebene erfindungsgemäße Funktionalität kann jedoch auch auf ein medizinisches oder jedes andere Computertomographiesystem, das nach einem so genannten HeliExtended-Verfahren arbeitet, angewandt werden.
Wie in 3a dargestellt, ist der Detektor 3 zumindest während der Messung ortsfest angeordnet. Dies ist daran erkennbar, dass im Bereich des Detektors 3 keine Pfeile eingezeichnet sind. Zudem steht der Detektor auf einem Basisteil 8. Das Basisteil 8 kann aus einem Granitblock, einem steinartigen Material und/oder einem Material mit geringem Ausdehnungskoeffizienten und/oder hohen Dämpfungseigenschaften und/oder einer hohen spezifischen Masse sein.
Durch die Wahl von Granit bzw. eines steinartigen Materials bzw. Steines kann z.B. eine thermische Ausdehnung während der Messung und die Einkopplung von Vibration in dem Detektor reduziert werden, was zu einer Reduktion von Artefakten in den Computertomographiebildern führt.
In 3b ist zu erkennen, dass die Röntgenquelle 1 in vertikaler Richtung nach unten verfahren wurde, wobei der Manipulator 2 mit dem Prüfobjekt 5 und der Detektor 3 während der Messung in vertikaler Richtung festgehalten wurden.
Der Detektor ist während der Messung ortsfest angeordnet.
Der Manipulator ist im vorliegenden Beispiel translationsfest angeordnet, so dass eine Translation in vertikaler oder horizontaler Richtung nicht möglich ist. Dies schließt jedoch die zuvor beschriebene Rotation um die eigene Achse nicht aus.
Alternativ zu der beschriebenen Ausgestaltung in dem Beispiel aus 3a und 3b, kann auch der Manipulator 2 in vertikaler Richtung bewegbar sein. Dann kann es auch günstig sein, dass die Röntgenquelle 1 feststeht bzw. ortsfest angeordnet ist.
Für das HelixExtended-Verfahren kommt es lediglich auf eine relative Beweglichkeit zwischen Röntgenquelle und Manipulator bzw. Prüfobjekt an, so dass eine Art Schraubenbewegung relativ zueinander durchgeführt wird.
Während dieser Schraubenbewegung werden in dem Detektor 3 Daten gesammelt.
Vorliegend wird mit vertikaler Richtung die in 3a und 3b dargestellte Höhenrichtung bezeichnet und mit horizontaler Richtung eine senkrecht zu der vertikalen Richtung verlaufende Ebene. Die horizontale Richtung wird z. B. durch eine Bodenfläche definiert und die vertikale Richtung entspricht z.B. der Richtung der Schwerkraft, die auf das Prüfobjekt auf dem Manipulator wirkt.
Diese Richtungen sind jedoch rein willkürlich gewählt und die Anordnung der entsprechenden Elemente in dem System kann auch genau umgekehrt sein.
4 zeigt eine Aufsicht auf den Detektor 3 rückseitig in einer Linie von der Röntgenquelle 1 in Richtung des Röntgenstrahls 4.
Der Röntgenstrahl kann, wie in 4 gezeichnet nach Art eines Fächers ausgebildet sein. Alternativ kann dieser auch nach Art eines Konus wie in den 1 und 2 gezeigt oder als einzelner Strahl im engeren Sinne ausgebildet sein. Dieser Strahl kann z.B. über den Detektor scannen.
Jedenfalls wird von der Röntgenquelle 1 der Röntgenstrahl 4 ausgestrahlt und durchleuchtet das Prüfobjekt 5.
Zumindest ein Teil der transmittierten Strahlung wird auf dem Detektor 3 detektiert.
In dem Beispiel aus 4 ist die mit Bezugszeichen 10 bezeichnete Linie der der jeweiligen Position der Röntgenröhre entsprechende Bereich des Detektors. Im vorliegenden Fall liegt der Bereich in der Verlängerung der Linie des Röntgenstrahls zwischen Röntgenquelle 1 und Prüfobjekt 5. Das heißt, die Röntgenquelle 1, das Prüfobjekt 5 und der der jeweiligen Position der Röntgenquelle entsprechende Bereich 10 liegen auf einer Linie bzw. in einer Ebene.
Bei relativer Bewegung der Röntgenquelle 1 und des Prüfobjekts 5 in vertikaler Richtung kann es für die Generierung des computertomographischen Bildes sinnvoll sein lediglich einen vorherbestimmten Bereich auf dem Detektor aktiv zu schalten, bzw. die dort generierten Daten auszuwerten.
So kann es günstig sein, dass die vorliegende Erfindung nach den zwei nachfolgend beschriebenen Arten arbeitet, die auch in jeder beliebigen Weise miteinander kombiniert werden können.
Eine in 5 schematisch mit Bezugszeichen 11 bezeichnete Auswerteeinrichtung, die innerhalb eines einfachen Computers (PCs) 13 vorgesehen ist, kann so konfiguriert sein, dass in Abhängigkeit der Position der Röntgenquelle 1 während der Messung, in welcher diese parallel zu dem Detektor 3 translatorisch bewegt wird, nur die Daten eines der jeweiligen Position der Röntgenquelle entsprechenden Bereichs 10 ausgewertet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann eine in 5 dargestellte Steuereinrichtung 12, die auch in dem PC 13 vorgesehen ist, so konfiguriert sein, dass in Abhängigkeit der Position der Röntgenquelle 1 während der Messung, in welche diese parallel zu dem Detektor 3 translatorisch bewegt wird, nur die Detektorelemente des der jeweiligen Position der Röntgenquelle entsprechenden Bereichs 10 aktiviert werden.
Somit können zum Einen auf allen Detektorelementen des Detektors Daten akquiriert werden und nur die in einem bestimmten Bereich akquirierte Daten zur Konstruktion des CT-Bilds verwendet werden, oder alternativ können auch nur entsprechende Bereiche des Sensors bzw. einzelne Gruppen von Detektorelementen aktiv geschaltet werden.
Die Steuereinrichtung 12, die in 5 schematisch dargestellt ist, kann zusätzlich die Röntgenquelle 1 und den Manipulator 2 derart steuern, dass diese beiden Elemente relativ zueinander in einer Schraubenbewegung bewegt werden.
Die Steuereinrichtung 12 kann zusätzlich auch die einzelnen Detektorelemente aktiv schalten oder ansteuern bzw. diese auch aus und anschalten.
Die vorliegend beschriebene Auswerteeinrichtung 11 kann ebenso auf derselben Platine in demselben Computer vorgesehen sein, oder auch durch das gleiche Modul gebildet werden.
Somit können die Steuereinrichtung 12 und die Auswerteeinrichtung 11 auch als Steuer- und Auswerteeinrichtung in einer einzigen Einrichtung kombiniert sein.
Die Steuereinrichtung bzw. die Auswerteeinrichtung werden z.B. durch ein in dem Computer 13 hinterlegtes Computerprogramm gebildet.
Im einfachsten Fall, ist die gesamte Steuerfunktionalität und oder Auswertefunktionalität des Systems in dem Computerprogramm vorgesehen, welches aus dem PC 13 gespeichert werden kann. So kann z.B. ein an sich bekanntes System auf das erfindungsgemäße System umgebaut werden, indem die entsprechende Software aufgespielt wird. Mittels dieser Software kann auch dafür gesorgt werden, dass der Detektor, zumindest während der Messung ortsfest ist und sich die Röntgenquelle relativ zu dem Prüfobjekt bewegt. Diese Software bzw. dieses Computerprogrammprodukt kann auch für sich die vorliegende Erfindung bilden.
So kann beispielsweise jedes beliebige Computertomographiesystem durch Aufspielung der Software in das erfindungsgemäße Computertomographiesystem umgewandelt werden, das nämlich durch die Software eine vertikale bzw. translatorische Beweglichkeit des Detektors verhindert und eine synthetische Beweglichkeit des Detektors durch Tiefschalten von einzelnen Sensorgruppen oder nur durch Auswerten von einzelnen Regionen erreicht wird.
In 5 ist schematisch das Computertomographiesystem dargestellt. Die Linien zwischen dem PC 13 und der Röntgenquelle 1, dem Manipulator 2 und dem Detektor 3 zeigen an, dass der Manipulator 2, der Detektor 3 und die Röntgenquelle 1 von dem PC 13, bzw. der Steuereinrichtung 12 bzw. der Auswerteeinrichtung 11 gesteuert bzw. ausgewertet werden.
In 6 ist schematisch ein Beispiel eines als Flächendetektor ausgebildeten Detektors dargestellt. Der Detektor 3 weist ein zweidimensionales Array aus Detektorelementen 14 auf, die nach Art eines Schachbrettmusters in dem Flächendetektor angeordnet sind. Vorliegend ist der Detektor ein quadratischer Detektor.
Der Detektor 3 kann jedoch auch jede andere Ausgestaltung haben. Es kann günstig sein, dass der Detektor rechteckig ausgeführt ist mit einer längeren Seite und einer kürzeren Seite, wobei die längere Seite dann in vertikaler Richtung in dem Computertomographiesystem, d.h. in Höhenrichtung in 3a und 3b, ausgerichtet sein kann.
Es kann vorteilhaft sein, dass der Detektor in Translationsrichtung der Röntgenquelle länglich ausgebildet ist. Die Translationsrichtung ist z. B. die vertikale Richtung des Computertomographiesystems. Das heißt, der Detektor kann eine längliche Ausgestaltung haben und in dem Computertomographiesystem in vertikaler Richtung ausgerichtet sein.
Diese längliche Ausgestaltung ist deshalb günstig, weil mittels des HeliExtended-Verfahrens computertomographisch zu untersuchende Prüfobjekte z.B. in vertikaler Richtung durch das System bewegt werden. Demnach ist es günstig, den Detektor in vertikaler Richtung besonders groß auszubilden. Durch diesen großen Detektor, insbesondere mit einer langen Längsausrichtung, werden eben besonders viele Daten aufgenommen, was zu einer erhöhten Leistungsfähigkeit des Systems führt.
Es kann vorteilhaft sein, dass der Detektor eine aktive Fläche von zwischen 400 cm² und 2025 cm² aufweist, bei einem quadratischen Detektor entspricht diese Fläche einer Kantenlänge des aktiven Bereiches von zwischen 20 und 45 cm. Soweit der Detektor nicht quadratisch ist, sondern z.B. rechteckig, kann die Kantenlänge der jeweiligen Kanten jeglichen beliebigen Zwischenwert der zuvor genannten Werte annehmen.
Vorteilhafte Flächenbereiche sind folgende 600 cm², 1250 cm², 1800 cm². Diese Werte können für sich jeweils obere und untere Grenzen von bevorzugten Bereichen bilden. Vorteilhafte Kantenlängen sind folgende 25 cm, 28 cm, 30 cm, 40 cm, 43 cm. Diese Werte können für sich jeweils obere und untere Grenzen von bevorzugten Bereichen bilden.
Prozesstechnisch bedingt gibt es eine natürliche Limitierung einer Detektorgröße, die noch zu vertretbaren Kosten herstellbar ist. Da jedoch auch z. B. die Röntgenquelle, der Manipulator und der Detektor innerhalb eines Gehäuses gehalten werden, in welches auch das Prüfobjekt einsetzbar ist, ist auch die Größe des Detektors limitiert, da das Gehäuse auch eine vertretbare Größe aufweisen sollte.
Es kann vorteilhaft sein, dass der Detektor quadratisch ist. Alternativ kann es auch günstig sein, dass der Detektor rechteckig mit einer längeren Seite und einer kürzeren Seite ausgebildet ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die längere Seite ein Drittel länger ist als die kürzere Seite. So kann z. B. der Detektor eine aktive Fläche von 30 × 40 cm aufweisen. Weitere bevorzugte Kantenlängen und Flächen ergeben sich auch in Verbindung mit den oben genannten Werten der Akten und Flächen in Kombination mit der Bedingung, dass die längere Seite z.B. ein Drittel länger ist als die kürzere Seite.
In 6 ist der der Position der Röntgenquelle entsprechende Bereich 10 schraffiert dargestellt. Durch die rechts in 6 angedeuteten Pfeile und die unten links gezeigte Linie, die eine Verbindung zu der Auswerte- bzw. der Steuereinrichtung darstellt, wird angedeutet, dass dieser Bereich auf dem Sensor synthetisch, d.h. durch eine Software in dessen vertikaler Richtung bewegt werden kann.
Das heißt, entweder werden die entsprechenden Sensorelemente auf dieser Linie aktiv geschaltet, so dass die entsprechende Röntgenstrahlung detektiert wird oder aber der gesamte Sensor ist aktiv geschaltet und nur in diesem Bereich werden von der Auswerteeinrichtung die akquirierten Daten ausgewertet.
Auch wenn vorliegend der der jeweiligen Position der Röntgenquelle entsprechende Bereich 10 als eine Linie dargestellt ist, ist dieser Bereich, wie z.B. in der 8 dargestellt nicht auf diese Linienform beschränkt. Dieser kann als Quadrat oder als jede andere Ausgestaltung vorgesehen sein. Jedenfalls sollte dieser Bereich ein Bereich innerhalb des Sensors sein, der kleiner als die komplette aktive Fläche des Sensors ist. In 8 sind mit frame 1, frame 2 ... die entsprechenden der Röntgenquelle entsprechende Bereiche 10 bezeichnet, die nacheinander aktiviert bzw. ausgewertet werden. Die nicht schraffierte Fläche des Detektors 3 in 3 entspricht der aktiven Fläche des Sensors, während der schraffierte Bereich des Detektors dem nicht aktiven Rand entspricht auf dem keine Detektorelemente vorgesehen sind.
In 7a ist eine Ansicht eines beispielhaften Computertomographiesystems gemäß der vorliegenden Erfindung wiedergegeben. Die entsprechende Röntgenquelle 1, der Manipulator 2 und der Detektor sind in dem mit Bezugszeichen 15 versehenen Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse 15 weist eine Schiebetür 16 auf, so dass eine innerhalb des Gehäuses 15 vorgesehene Messkammer 17 zugänglich ist. In der Messkammer 17 kann das Prüfobjekt auf den Manipulator 2 gesetzt werden.
In 7a ist in der Messkammer 17 auf der rechten Seite die Röntgenquelle 1 zu sehen und auf der linken Seite, was nicht zu erkennen ist und durch die Schiebetür 16 verdeckt ist, der Detektor 3. Der PC 13, in welchem die Steuereinrichtung und die Auswerteeinrichtung vorgesehen sind, ist in 7a unter dem Tisch links vorgesehen. Zusätzlich ist an den PC ein Bildschirm 18 angeschlossen, auf dem das Messergebnis visualisiert werden kann.
In 7b ist nun das Innere der Messkammer 17 dargestellt. Auf der linken Seite ist der Detektor 3 zu sehen. Ganz auf der rechten Seite die Röntgenquelle 1 und mit Bezugszeichen 2 ist auch der Manipulator zu sehen.
In einem Glasröhrchen 19 steckt eine nicht mehr dargestellte Fliege 20, die als Prüfobjekt 5 dient.
Bezugszeichenliste

1: Röntgenquelle
2: Manipulator
3: Detektor
4: Röntgenstrahl
5, 5': Prüfobjekt
6: Teller
7: Arm
8: Basisteil
9: Röntgenstrahl
10: der jeweiligen Position der Röntgenquelle entsprechende Bereich
11: Auswerteeinrichtung
12: Steuereinrichtung
13: PC
14: Detektorelement
15: Gehäuse
16: Schiebetür
17: Messkammer
18: Bildschirm
19: Glasröhrchen
20: Fliege

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2015/058855 A1 [0002]

Claims

Computertomographiesystem, insbesondere zur Materialanalyse, mit einer Röntgenquelle (1), die konfiguriert ist einen Röntgenstrahl (5) zu emittieren, einem Manipulator (2) der konfiguriert ist ein Prüfobjekt (5) zu halten, einem Detektor (3) der konfiguriert ist einen durch das Prüfobjekt (5) transmittierten Röntgenstrahl (4) zu detektieren, einer Steuereinrichtung (12), welche das Computertomographiesystem derart steuert dass die Röntgenquelle (1) in einer Schraubenbewegung relativ zu einem auf dem Manipulator (2) gehaltenem Prüfobjekt (5) verschiebbar ist, und mit einer Auswerteeinrichtung (11), welche aus den von dem Detektor (3) detektierten Röntgenstrahlen (4) Daten für ein Tomographiebild generiert. dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (3) zumindest während der Messung ortsfest angeordnet ist, und die Röntgenquelle (1) parallel zu dem Detektor (3) translatorisch bewegbar vorgesehen ist.
Computertomographiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Manipulator (2) zumindest während der Messung ortsfest angeordnet ist.
Computertomographiesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (3) eine 2-dimensionales Array aus Detektorelementen (14) aufweist, mittels welcher der Röntgenstrahl (4) detektiert wird.
Computertomographiesystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (11) derart konfiguriert ist, dass in Abhängigkeit der Position der Röntgenquelle (1) während der Messung, in welcher diese parallel zu dem Detektor (3) translatorisch bewegt wird, nur die Daten einer der jeweiligen Position der Röntgenquelle entsprechenden Bereiches (10) ausgewertet werden.
Computertomographiesystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (12) derart konfiguriert ist, dass in Abhängigkeit der Position der Röntgenquelle (1) während der Messung, in welcher diese parallel zu dem Detektor (3) translatorisch bewegt wird, nur die Detektorelemente eines der jeweiligen Position der Röntgenquelle entsprechenden Bereiches (10) aktiviert werden.
Computertomographiesystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der der jeweiligen Position der Röntgenquelle entsprechende Bereich (10) im Wesentlichen der Röntgenquelle (1) derart gegenüberliegt, die Röntgenquelle (1), das Prüfobjekt (5) und der der Röntgenquelle entsprechende Bereich (10) auf einer Linie die durch den Röntgenstrahl (4) gebildet wird liegt.
Computertomographiesystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (3) in Translationsrichtung der Röntgenquelle (1) länglich ausgebildet ist.
Computertomographiesystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (3) eine aktive Fläche von zwischen 400 und 2025 cm² aufweist.
Computertomographiesystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (3) quadratisch ist, oder dass der Detektor (3) rechteckig ist mit einer längeren Seite und einer kürzeren Seite.
Computertomographiesystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die längere Seite 1/3 länger ist als die kürzere Seite.
Computertomographiesystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor auf einer Basis gehalten ist, die aus einem thermisch isolierenden Material hergestellt ist und/oder einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, insbesondere aus Granit hergestellt ist.
Computertomographisches Verfahren bei dem eine Röntgenquelle (1) in einer Schraubenbewegung relativ zu einem auf einem Manipulator (2) gehaltenem Prüfobjekt (5) verschoben wird, und aus von einem Detektor (3) detektierten Röntgenstrahlen (4) Daten für ein Tomographiebild generiert werden, wobei der Detektor (3) zumindest während der Messung ortsfest gehalten wird, und die Röntgenquelle (1) parallel zu dem Detektor (3) translatorisch bewegt wird.
Computertomographisches Verfahren nach Anspruch 12, wobei a) in Abhängigkeit der Position der Röntgenquelle (1) während der Messung, in welcher diese parallel zu dem Detektor (3) translatorisch bewegt wird, nur die Daten einer der jeweiligen Position der Röntgenquelle entsprechenden Bereiches (10) ausgewertet werden, und/oder b) in Abhängigkeit der Position der Röntgenquelle (1) während der Messung, in welcher diese parallel zu dem Detektor (3) translatorisch bewegt wird, nur die Detektorelemente eines der jeweiligen Position der Röntgenquelle entsprechenden Bereiches (10) aktiviert werden.
Computerprogramprodukt mit ausführbaren Instruktionen für ein Verfahren bei dem eine Röntgenquelle (1) in einer Schraubenbewegung relativ zu einem auf einem Manipulator (2) gehaltenem Prüfobjekt (5) verschoben wird und von einem Detektor (3) detektierten Röntgenstrahlen (4) Daten für ein Tomographiebild generiert werden, wobei der Detektor (3) zumindest während der Messung ortsfest gehalten wird, und die Röntgenquelle (1) parallel zu dem Detektor (3) translatorisch bewegt wird.